实验2PCM编译码实验一、实验目的1.理解PCM编译码原理及PCM编译码性能；2.熟悉PCM编译码专用集成芯片的功能和使用方法及各种时钟间的关系；3.熟悉语音数字化技术的主要指标及测量方法。二、实验原理1•抽样信号的量化原理模拟信号抽样后变成在时间离散的信号后，必须经过量化才成为数字信号。模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化两种。把输入模拟信号的取值域按等距离分割的量化就称为均匀量化，每个量化区间的量化电均取在各区间的中点，如下图所示。图2-1均匀量化过程示意图均匀量化的主要缺点是无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。因1当信号m(t)较小时，则信号量化噪声功率比也很小。这样，对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。通常把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围，那么，均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。为了克服这个缺点，实际中往往采用非均匀量化的方法。非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化隔DV也小；反之，量化间隔就大。非均匀量化与均匀量化相比，有两个突出的优点：首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度(实际中往往是这样)时，非均匀量化的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率匀方根值基本上与信号抽样值成比例，因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，艮善了小信号时的信噪比。非均匀量化的实际过程通常是将抽样值压缩后再进行均匀量化。现在广泛采用两种对数压缩，美国采用卩压缩律，我国和欧洲各国均采用A压缩律。本实验中PCM编码方式也是采用A压缩律。A律压扩特性是连续曲线，实际中往往都采用近似于A律函数规律的13折线（A=87.6）的压扩特性。这样，它基本保持连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电路来实现，如下图所示。I2SM图2-213折线特性表2-1列出了13折线时的x值与计算得的x值的比较。表2-1A律和13折线比较y0182838485868781x01128160.6130.6115.417.7913.9311.981按折线分段的x011281641321161814121段落12345678斜率161684211214表中第二行的x值是根据A=87・6计算得到的，第三行的x值是13折线分段时的值。可见13折线各段落的分界点与A=87-6曲线十分逼近，同时x按2的幕次分割有利于数字化。2.脉冲编码调制的基本原理量化后的信号是取值离散的数字信号，下一步是将这个数字信号编码。通常把从模拟信号抽样、量化，编码变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制（PulseCodeModulation,PCM）。在13折线法中，无论输入信号是正是负，均用8位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值。其中，用第一位表示量化值的极性，其余七位（第二位至第八位）则表示抽样化值的绝对大小。具体的做法是：用第二至第四位表示段落码，它的8种可能状态来分别代段落序号段落码81117110610151004011301020011000量化级段内码15111114111013110112110011101110101091001810007011160110501014010030011200101000100000表8个段落的起点电平。其它四位表示段内码，它的16种可能状态来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。这样处理的结果，使8个段落被划分成27=128个量化级。段落码和8个段落之间的关系如表2-2所示，段内码与16个量化级之间的关系见表2-3。上述编码方法是把压缩、量化和编码合为一体的方法。表2-2段落码表2-3段内码3.PCM编码硬件实现完成PCM编码的方式有多种，最常用的是采用集成电路完成PCM编译码，如TP3057.TP3067等，集成电路的优点是电路简单，只需几个外围元件和三种时钟即可实现，不足是无法展示编码的中间过程，这种方法比较适合实际通信系统。另一种PCM编码方式是用软件来实现，这种方法能分离出PCM编码的中间过程，如：带限、抽样、量化、编码的完整过程，对学生理解PCM编码原理很有帮助；TP3057实现PCM编译码，原理框图如下图所示图2-3PCM编译码框图F&RCLK.集成芯片TP3057完成PCM编译码除了相应的外围电路外，主要需要3种时钟，即：编码时钟MCLK、线路时钟BCLK、帧脉冲FS。三个时钟需有一定的时序关系，否则芯片不能正常工作：编码时钟MCLK:是一个定值，2048K；线路时钟B...
